DE69818712T2 - ARC WELDING METHOD WITH A MELTING ELECTRODE - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method of controlling a welding power source and the associated wire feed arrangement intended for arc welding operations that employ a consumable electrode, to ensure crater filling at the end of the welding operation by means of fading of the arc voltage and of the wire feed rate, respectively. More particularly the invention relates to a method comprising arc voltage reduction at the onset of the end of the welding operation for a period that is considerably briefer than the total fading time, during which the arc voltage is reduced to a value below the value at which it is possible to weld during continuous welding and advancement in the joint with otherwise unchanged welding parameters, followed by a further reduction to a final value of arc voltage and fading of the wire feed rate simultaneously with the arc voltage fading to a final value of the wire feed rate.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren beim manuellen oder automatischen Bogenschweißen, mit dem durch Steuerung des Abschlusses des Schweißprozesses eine Minimierung des beim Schweißvorgang gebildeten Kraters erreicht wird.The present invention relates to a method for manual or automatic arc welding, with minimized by controlling the completion of the welding process of the welding process formed crater is reached.

Stand der TechnikState of technology

Beim Bogenschweißen bildet sich als Folge des Drucks vom Bogen her und durch das von der Elektrode auf das Werkstück übertragene Material eine Mulde im Schmelzbad. Diese Mulde wird oft als Krater bezeichnet. Zum Abschluss des Schweißvorganges bleibt dieser Krater in der Form eines Endkraters erhalten. Wird die Energiezufuhr beim Abschluss des Schweißvorganges plötzlich unterbrochen, dann erstarrt das geschmolzene Material, wobei es schrumpft. Die Erstarrung beginnt an den Schweißrändern und schreitet zum Zentrum hin fort. Insbesondere kommt es beim Schweißen mit einer hohen Energiezufuhr mit den sich daraus ergebenden großen Schmelzbädern zu einem Materialdefizit in der Schmelzbadmitte, wenn das geschmolzene Material erstarrt. Im Ergebnis bildet sich eine sog. Pfeife heraus, d. h. ein Loch, das sich vertikal durch den Endkrater erstreckt. Oft ist diese Pfeife auch die Ursache von Spalten oder Rissen, die sich in Längsrichtung der Schweißwulst erstrecken. Schweißdefekte dieser Art beeinträchtigen die Schweißfestigkeit, und aus diesem Grunde wurden verschiedene Verfahren geprüft, den Endkrater zu beseitigen.In arc welding, the result of Pressure from the sheet and through that transferred from the electrode to the workpiece Material was a hollow in the weld pool. This depression is often called a crater designated. This crater remains at the end of the welding process preserved in the shape of an end crater. Is the energy supply at Completion of the welding process suddenly interrupted, then the molten material solidifies, shrinking. The solidification begins at the welding edges and proceeds to the center away. In particular, welding involves a high energy input with the resulting large melt pools a material deficit in the middle of the melt pool when the melted Material solidifies. The result is a so-called whistle d. H. a hole that extends vertically through the end crater. Often this pipe is also the cause of cracks or cracks itself in the longitudinal direction of the weld bead extend. weld defects of this kind the sweat resistance, and for this reason various methods have been examined Eliminate end craters.

Es ist bekannt, dass bei manuellen Schweißarbeiten der Schweißer oft den Endkrater auffüllt, indem er die Geschwindigkeit des Vorrückens unmittelbar vor dem Abschluss des Schweißvorganges erhöht, worauf er die Schweißzange in das Schmelzbad zurück bewegt, um so den Krater aufzufüllen. Dieses Verfahren stellt beträchtliche Anforderungen an die Geschicklichkeit des Schweißers und seine Wiederholbarkeit ist schlecht.It is known that manual welding the welder often fills up the end crater, by changing the speed of advancement just before completing of the welding process elevated, whereupon he put the welding gun back into the melt pool moved to fill up the crater. This Procedure represents considerable Requirements for the skill of the welder and his repeatability is bad.

Für das automatische Bogenschmelzen ist außerdem bekannt, dass zum Erzeugen einer Kraterfüllung für einen programmierten Füllungszeitraum der Bogen für einen programmierten Abkühlzeitraum gelöscht und danach wieder gezündet wird, wobei reduzierte Schweißdaten eingestellt werden ( US 4 578 562 ). Das Verfahren ist zeitaufwendig, und bei der Neuzündung treten störende Schweißspritzer auf.For automatic arc melting, it is also known that to generate a crater filling for a programmed filling period, the arc is deleted for a programmed cooling period and then re-ignited, with reduced welding data being set ( US 4,578,562 ). The process is time consuming and annoying spatter occurs when the ignition is re-started.

Schließlich ist bekannt, dass für eine schrittweise Verringerung der Größe des Schmelzbades die Schweißspannung bzw. die Drahtvorschubgeschwindigkeit kontinuierlich oder in nahezu gleich großen Stufen reduziert wird. Besonders dann, wenn das Schweißen bei einer hohen Energiezufuhr im Sprühtransferbereich ausgeführt wird, wie es z. B. beim MIG/MAG-Schweißen der Fall ist, durchlaufen die Schweißdaten in der Abklingphase einen Bereich, in dem ein beträchtliches Schweißspritzen und ein ungleichmäßiger Bogen erzeugt werden.Finally, it is known that for a gradual Reducing the size of the weld pool welding voltage or the wire feed speed continuously or almost same size Levels is reduced. Especially when welding at a high energy supply in the spray transfer area accomplished is how it z. B. is the case with MIG / MAG welding, go through the welding data in the decay phase an area in which a considerable welding syringes and an uneven arch be generated.

Ziel der ErfindungAim of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, für manuelle oder automatische Bogenschweißarbeiten, in denen eine Abschmelz-/Verbrauchs-Elektrode eingesetzt wird, ein neues Verfahren zur Steuerung einer Schweißstromquelle und der zugehörigen Drahtversorgungseinrichtung der Art vorzuschlagen, dass reproduzierbare Schweißabschlussvorgänge in einer minimalen Zeit ein zufriedenstellendes Auffüllen des Kraterendes gewährleisten, ohne dass ein störendes Schweißspritzen bewirkt wird.It is the aim of the invention, for manual or automatic arc welding, in which a consumable electrode is used new method for controlling a welding current source and the associated wire supply device of the kind that propose reproducible welding completion processes in a minimal Time to ensure satisfactory filling of the crater end, without the annoying sweat spatter is effected.

Dieses Ziel wird in Übereinstimmung mit Anspruch 1 durch Herunterregeln der Bogenspannung bzw. der Drahtzufuhrgeschwindigkeit erreicht, wobei das Herunterregeln eine Reduktion der Bogenspannung zu Beginn des Abschlusses des Schweißvorganges in einer Zeitspanne umfasst, die beträchtlich kürzer ist als die gesamte Herunterregelungszeit und in der die Bogenspannung bis auf einen Wert unterhalb des Wertes herabgesetzt wird, der beim kontinuierlichen Schweißen und Vorrücken in der Naht bei sonst unveränderten Schweißbedingungen ein Schweißen ermöglicht, gefolgt von einer weiteren. Reduktion bis zu einem Endwert der Bogenspannung und einem zum Herunterregeln der Bogenspannung zeitgleichen Herunterregeln der Drahtvorschubgeschwindigkeit bis zu einem Endwert der Drahtvorschubgeschwindigkeit. Da die zugeführte Wärme zu Beginn des Abschlusses des Schweißbetriebs schnell kleiner wird, während gleichzeitig mehr Material zugeführt wird, wird das Schmelzbad gekühlt und die Menge von geschmolzenem Material reduziert, ohne dass ein störendes Schweißspritzen erzeugt wird, weil der für das Schweißen schwierige Globulartransferbereich in einer weit kürzeren Zeitspanne durchlaufen wird. Auf diese Weise wird der Abschluss des Schweißbetriebs sehr kurz und die Auffüllung des Kraters zufriedenstellend.This goal will be in agreement with claim 1 by regulating down the arc tension or the wire feed speed achieved, the down-regulation a reduction of the arc tension at the beginning of the completion of the welding process in a period of time which is considerably shorter than the total down time and in which the arc tension is reduced to a value below the value that the continuous welding and advancement in the seam with otherwise unchanged welding conditions a welding allows followed by another. Reduction to a final value of the arc tension and one for simultaneously reducing the arc tension the wire feed speed up to a final value of the wire feed speed. Because the fed Warmth at the beginning the completion of the welding operation quickly gets smaller while fed more material at the same time the melt pool is cooled and reduced the amount of molten material without a disturbing welding syringes is generated because of the for welding go through difficult globular transfer area in a much shorter span of time becomes. This will complete the welding operation very short and replenishing of the crater satisfactory.

Vorteilhafte Modifikationen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen festgelegt.Advantageous modifications to this Procedures are set out in the subclaims.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind nur die Herunterregelungszeit und die Endwerte der Bogenspannung und/oder der Drahtvorschubgeschwindigkeit einstellbare Parameter. Das vereinfacht die Handhabung und reduziert den Zeitbedarf weiter.After further training in Invention are only the down time and the final values of the Adjustable arc tension and / or the wire feed speed Parameter. This simplifies handling and reduces the time required further.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenSummary of the drawings

In den beigefügten Zeichnungen ist:In the accompanying drawings:

1 eine schematische Darstellung des Herunterregelns der Bogenspannung und der Drahtzufuhr geschwindigkeit beim Abschluss eines Schweißvorganges gemäß der Erfindung; und 1 is a schematic representation of the regulation of the arc tension and the wire feed speed at the completion of a welding process according to the invention; and

2 eine schematische Darstellung eines alternativen Herunterregelns gemäß der Erfindung. 2 is a schematic representation of an alternative down-regulation according to the invention.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformendescription of the preferred embodiments

Zur Veranschaulichung wird die Erfindung im Folgenden ausführlicher mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.The invention is illustrative in more detail below with reference to the attached Described drawings.

Die Erfindung betrifft den Abschluss eines Schweißvorganges, wobei Bogenspannung und Zufuhrgeschwindigkeit während eines Schweißabschlusszeitraums bis auf einen Minimalwert, bei dem der Schweißvorgang unterbrochen wird, heruntergeregelt bzw. reduziert werden.The invention relates to the conclusion a welding process, where arc tension and feed rate during a welding completion period down to a minimum value at which the welding process is interrupted, be reduced or reduced.

Gemäß der Erfindung wird eine Anfangsreduktion der Bogenspannung im Anfangsstadium beim Abschluss der Schweißvorganges in einem Zeitraum vorgenommen, der beträchtlich kürzer ist als die gesamte Herunterregelungszeit, darauf folgend wird eine weitere Reduktion vorgenommen, bis ein Endwert der Bogenspannung erreicht ist. Gleichzeitig wird auch die Drahtzufuhrgeschwindigkeit simultan mit dem Herunterregeln der Bogenspannung bis zu einem Endwert heruntergeregelt. Das letztere Herunterregeln der Drahtzufuhrgeschwindigkeit erfolgt kontinuierlich oder in nahezu gleichen Stufen.According to the invention there is an initial reduction the arc tension in the initial stage at the end of the welding process in a period of time that is significantly shorter than the total shutdown time, a further reduction is then made until a Final value of the arc tension has been reached. At the same time, the Wire feed speed simultaneous with the arc voltage down to downgraded to a final value. The latter downgrading the Wire feed speed is continuous or near same levels.

Gemäß einer in 1 dargestellten ersten Ausführungsform erfolgt das Herunterregeln sowohl der Drahtvorschubgeschwindigkeit v als auch der Bogenspannung U in Stufen. Der Abschluss des Schweißvorganges läuft über eine Herunterregelungszeit TA, die in diesem Falle in vier Schritte Δt unterteilt ist. Die Drahtvorschubgeschwindigkeit wird dann von v1 auf v3 in nahezu gleich großen Schritten herabgesetzt. Zeitgleich wird die Bogenspannung von U1 auf U3 herabgesetzt, aber in diesem Falle ist der Anfangsschritt von U1 auf U2 erheblich größer als der darauf folgende Schritt.According to one in 1 illustrated first embodiment, both the wire feed speed v and the arc voltage U are reduced in stages. The completion of the welding process runs over a down-regulation time T A , which in this case is divided into four steps Δt. The wire feed speed is then reduced from v 1 to v 3 in almost equal steps. At the same time, the arc voltage is reduced from U 1 to U 3 , but in this case the initial step from U 1 to U 2 is considerably larger than the subsequent step.

Auf diese Weise erfolgt die Anfangsreduktion der Bogenspannung schneller als die darauf folgende weitere Reduktion, weil die durchschnittliche Abnahme der Bogenspannung im Zeitabschnitt des ersten Schrittes jene in den folgenden Zeitabschnitten übertrifft.In this way, the initial reduction of the Arc tension faster than the subsequent further reduction, because the average decrease in arc tension over time of the first step exceeds that in the following periods.

Gemäß dieser Ausführungsform ist die Zahl der Schritte gleich vier, aber die Schrittzahl könnte auch anders sein, ohne von der Zielstellung der Erfindung abzuweichen.According to this embodiment the number of steps is four, but the number of steps could be be different without deviating from the aim of the invention.

Ein Spezialfall liegt vor, wenn die Schrittzahl gegen unendlich geht, d. h., wenn Δt gegen Null strebt. Dieser Spezialfall ist in 2 dargestellt, wo die Drahtvorschubgeschwindigkeit stetig linear von v1 auf v3 heruntergeregelt wird. In der gleichen Zeit weist die Bogenspannung in einem Anfangszeitabschnitt T1 der Herunterregelungszeit TA einen steilen Abfall von U1 auf U2 auf gefolgt von einem schwächeren Abfall von U2 auf U3 im Rest der Herunterregelungszeit TA.A special case is when the number of steps goes towards infinity, ie when Δt strives towards zero. This special case is in 2 shown where the wire feed speed is continuously reduced linearly from v 1 to v 3 . At the same time, the arc voltage has a steep drop from U 1 to U 2 in an initial time period T 1 of the slowdown time T A, followed by a weaker drop from U 2 to U 3 in the rest of the slowdown time T A.

Die Anfangsreduktion der Bogenspannung ist von einer solchen Größenordnung, dass diese bis auf einen Wert unterhalb des Wertes herabgesetzt wird, der beim kontinuierlichen Schweißen und Vorrücken in der Naht bei sonst unveränderten Schweißbedingungen ein Schweißen ermöglicht. In diesem Falle sind Schweißvorgänge jedoch auch bei dieser geringen Bogenspannung noch ausführbar, da der Abschluss des Schweißvorganges ein Schweißen eines bereits erhitzten Gebietes umfasst, was weniger Energie erfordert als beim Schweißen von kalten Oberflächen. Durch die Anfangsreduktion der Bogenspannung wird ein sehr schneller Übergang vom Sprüh transferbereich in den Kurzbogenbereich (Tauchtransferbereich) durch den Globulartransferbereich hindurch erreicht, wo der Bogen instabil ist. Das bedeutet, dass die Größe des Schmelzbades schnell verringert werden kann.The initial reduction in arc tension is of such a magnitude that it is reduced to a value below the value, that with continuous welding and advancing in the seam with otherwise unchanged welding conditions a welding allows. In this case, however, there are welding processes can still be carried out even at this low arc tension, since the completion of the welding process a welding of an already heated area, which requires less energy than when welding of cold surfaces. The initial reduction in arch tension makes a very quick transition from the spray transfer area in the shortbow area (diving transfer area) through the globular transfer area reached where the arch is unstable. It means that the size of the weld pool quickly can be reduced.

Die Anfangsreduktion der Bogenspannung wird vorzugsweise noch in kürzeren Zeitspannen als 150 Millisekunden ausgeführt und führt zu einer Abnahme in einem Bereich von 50 bis 75 Prozent der Gesamtabnahme. Die gesamte Kraterauffüllzeit, in der das erfindungsgemäße Auffüllen des Kraters abläuft, liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 Sekunden.The initial reduction in arc tension is preferably in shorter ones Periods of time run as 150 milliseconds and leads to a decrease in one Range from 50 to 75 percent of the total decrease. The total crater filling time, in which the filling of the invention Crater expires, is preferably between 0.5 and 3 seconds.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise für den Einsatz im Gas-Metall-Bogenschmelzen (MIG/MAG) gedacht, das Verfahren ist aber gleichermaßen in Verbindung mit anderen Typen von Bogenschweißverfahren einsetzbar, in denen eine Abschmelz-/Verbrauchs-Elektrode verwendet wird.The method according to the invention is preferred for the Use in gas-metal arc melting (MIG / MAG) thought the process but is equally can be used in conjunction with other types of arc welding processes in which a consumable electrode is used.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung sind die Herunterregelungszeit und die Endwerte der Bogenspannung und/oder der Drahtvorschubgeschwindigkeit die einzigen einstellbaren Parameter. Es ist ferner möglich, feste Relationen zwischen diesen Parametern für einen Gebrauch in einem sehr großen, die anderen Parameter betreffenden Einstellbereich, d. h. in einem ausgedehnten Strombereich, zu vereinbaren. Auf diese Weise wird dem Bediener ermöglicht, eine ausgezeichnete Kraterfüllung zu erreichen, wobei die Anforderungen an eine präzise Einstellung der Parameter minimiert wurden.According to further training of the present invention are the down time and the Final values of the arc tension and / or the wire feed speed the only adjustable parameters. It is also possible to have fixed Relations between these parameters for use in a very huge, the other parameters setting range, d. H. in one extensive current range, to be agreed. In this way the Operator allows an excellent crater filling to achieve, the requirements for a precise setting of the parameters were minimized.

Claims (6)

Verfahren zur Steuerung einer Schweißstromquelle und der zugehörigen Drahtvorschubeinrichtung für Bogenschweißarbeiten unter Verwendung einer Verbrauchselektrode, mit dem ein Auffüllen des Kraters zum Ende der Schweißarbeiten über eine Abnahme der Bogenspannung bzw. der Drahtzufuhrgeschwindigkeit erreicht wird, gekennzeichnet durch die Reduktion der Bogenspannung zu Beginn des Abschlusses des Schweißbetriebs für einen Zeitraum, der beträchtlich kürzer ist als die gesamte Abnahmezeitdauer, während derer die Bogenspannung bis auf einen Wert unterhalb des Wertes herabgesetzt wird, der beim kontinuierlichen Schweißen und Vorrücken in der Naht bei sonst unveränderten Schweißbedingungen ein Schweißen ermöglicht, gefolgt von einer weiteren Reduktion bis zu einem Endwert der Bogenspannung und einer mit der Abnahme der Bogenspannung zeitgleichen Abnahme der Drahtvorschubgeschwindigkeit bis zu einem Endwert der Drahtvorschubgeschwindigkeit.Method for controlling a welding current source and the associated wire feed device for arc welding work using a consumable electrode, by means of which the crater is filled up at the end of the welding work via a decrease in the arc tension or the wire feed speed, characterized by the reduction of the arc tension at the beginning of the completion of the welding operation for a period of time that is considerably shorter than the total decrease period, during which the arc tension is reduced to a value below the value that enables welding during continuous welding and advancement in the seam under otherwise unchanged welding conditions, followed by a further reduction to to an end value of the arc tension and a decrease in the wire feed speed at the same time as the decrease in the arc tension up to a final value of the wire feed speed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsreduktion der Bogenspannung in einem Zeitraum erfolgt, der kürzer als 150 Millisekunden ist.A method according to claim 1, characterized in that the initial reduction of the arc tension takes place in a period of time the shorter than 150 milliseconds. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsreduktion der Bogenspannung zwischen 50 und 75 Prozent der Gesamtabnahme beträgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that the initial reduction in arc tension is between 50 and 75 percent the total decrease is. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißprozess ein Gas-Metall-Bogenschweißprozess (MIG/MAG) ist.Method according to one of claims 1-3, characterized in that that the welding process a gas-metal arc welding process (MIG / MAG) is. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnahmezeitdauer zwischen 0,5 und 3 Sekunden liegt.Method according to one of claims 1-4, characterized in that that the acceptance period is between 0.5 and 3 seconds. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Abnahmezeitdauer und die Endwerte der Bogenspannung und/oder der Drahtvorschubgeschwindigkeit einstellbare Parameter sind.Method according to one of claims 1-5, characterized in that that only the decrease duration and the final values of the arc tension and / or the wire feed speed are adjustable parameters.
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